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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划实验三,cpu资源,实验,实验报告武汉大学开放式CPU设计实验报告专业：物联网姓名：张三同组姓名：林文王伟XX年5月1.设计报告错误！未定义书签。实验目的2实验方法.2总体说明.4各部分说明.82测试报告.42测试程序.42测试结果(来自:写论文网:实验三,cpu资源,实验,实验报告).44性能分析.443总结.44实验总结.44取得的收获.44意见与建议.错误！未定义书签。1.设计报告实验目的与以往的CPU教学实验不同，这次的“开放式教学CUP设计与测试系统”中使用另外一个成品CU
2、P专门运行监控程序，另外还能够将各种测试程序自动转换成用实验者所设计的指令系统表示的目标代码，并且能够在实验装置上运行、调试和测试所生成的目标代码。有了这样的改进，我们做实验就有了新的要求和任务：学会使用先进的硬件设计工具和超大规模集成电路FPGA设计并实现一个CPU芯片。要求采用先进的工具软件进行模拟和测试，测试通过后再下载到FPGA中制成CPU芯片。在过程中需要掌握的主要就是CPU的设计、验证和测试方法，以及学会相关工具软件的使用方法。实验环境软件：QuartusII，完成指令集设计、逻辑设计后，用于各个功能模块的VHDL语言程序编写、编译以及FPGA-CPU的软件模拟；DebugCont
3、roller，用于软件模拟成功后的硬件调试。硬件：FPGA(FieldProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列。FPGA具有掩膜可编程门阵列的通用结构，它由逻辑功能块排成阵列组成，并由可编程互联资源连接这些逻辑功能块来实现不同的设计。实验方法本实验要完成的工作主要包括：指令系统的设计，FPGA-CPU的整体结构设计及其细化，逻辑设计的具体实现，软件模拟，以及硬件调试。这几部分的工作之间是先行后续的关系，不存在并行完成的情况。实验主要流程如下图所示：其中指令系统和逻辑结构的设计主要参考了附录所列的文献。主要的方法是先确定CPU所要实现的功能，根据寄存器等的情况划分指令格式
4、，然后根据功能写出指令，根据不同指令的特点将它们分组并确定操作码；接下来设想每条指令的执行过程，需要哪些硬件支持，最后确定整个CPU的逻辑结构图。在各个功能模块的实现中主要使用了自底向上的设计方法。先实现寄存器，再实现寄存器组，等等，最后将各个器件和模块之间互连，得到顶层设计图。但有些逻辑的设计实现方法也涉及到顶向下的方法。要注意的是，根据各个信号所对应的管脚可以画出如下的FPGA-CPU顶视图：OUTA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9INOUT/WRREG15REG14REG13REG12REG11REG10REG9REG8REG7REG6REG5REG4REG3REG2REG1REG
5、0OUTOUTD9D8D7D6D5D4D3D2D1D0REGSEL5REGSEL4REGSEL3REGSEL2REGSEL1REGSEL0INCZVSCLK可以看出在这个顶层模型中有一些信号并不是CPU本身必须的，比如寄存器选择信号，主要是为调试和检查服务的。为此还需要在设计中加入一些译码电路以输出各个通用寄存器和指令寄存器等的内容。从这个角度说，在设计中还使用了自顶向下的方法。软件模拟和硬件调试并无太多方法可言，主要是仔细观察和全面考虑，把各种可能性都验证到。总体说明1、指令系统：计算机的指令是用户使用计算机与计算机本身运行的最小功能单位。一台计算机支持的全部指令就构成该机的指令系统。从计算
6、机本身的组成看，指令系统直接与计算机系统的性能和硬件结构的复杂程度等密切相关，它是CPU设计的起始点和基本依据。设计指令系统的核心问题是选定指令的格式和功能。具体到我们的设计来说，指令的功能应该包括简单的算术和逻辑运算，移位操作，数据传送，跳转，读写内存，另外还可能包括一些其他功能如置条件码等。为了指令的规整性和便于译码，我们主要采用了定长的操作码组织方案，操作码为8位。寻址方式包括了寄存器寻址、立即数寻址、直接地址和相对寻址。指令格式分类：单字单操作数指令OPCODEOFFSET包括：DEC,INC,SHL,SHR,JR,JRC,JRNC,JRZ,JRNZ,JRS,JRNS单字双操作数指令包
7、括：ADD,SUB,AND,CMP,XOR,TEST,OR,MVRR,ADC,SBB,LDRR,STRR单字无操作数指令OPCODE包括：CLC,STC双字单操作数指令OPCODEADR包括：JMPA双字双操作数指令DATA包括：MVRD指令的分组及节拍：由于没有中断操作，本机指令的执行步骤可概括如下：读取指令：地址寄存器#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitP10=P10;voidmain()/定时器T1以工作方式1产生周期为500us的等宽连续脉冲TMOD=0x10;/设置定时器T1为方式1计数P10=0;/给P10置0EA=1
8、;/总中断开ET1=1;/允许定时器T1中断TR1=1;/启动定时器T1TH1=(65536-250)/256;/给T1装入初值TL1=(65536-250)%256;/给T1装入初值while(1);/无限循环等待voidint1()interrupt3P10=!P10;TH1=(65536-250)/256;TL1=(65536-250)%256;B、完成A功能，用查询方式来完成#includesbitP10=P10;voidmain()/用查询方式产生周期为500us的等宽连续脉冲TMOD=0x10;/设置定时器T1为方式1计数P10=0;/给P10置0EA=1;/总中断开ET1=1;/
9、允许定时器T1中断TR1=1;/启动定时器T1TH1=(65536-250)/256;/给T1装入初值TL1=(65536-250)%256;/给T1装入初值while(1)while(TF1=0);/计数溢出标志位TF1=0;/将该计数溢出标志位清“0”P10=!P10;TH1=(65536-250)/256;TL1=(65536-250)%256;C、使用定时器0以方式2产生周期为200us的等宽方波连续脉冲，并由输出。用中断方式来完成。#includesbitP11=P11;voidmain()/定时器T0以工作方式2产生周期为200us的等宽连续脉冲TMOD=0x02;/设置定时器T0
10、为方式2P11=0;TH0=TL0=256-100;/装入初值ET0=1;/允许T0定时中断EA=1;/总中断开TR0=1;/开启定时器T0while(1);/无限循环voidint0()interrupt1P11=!P11;TH0=TL0=256-100;D、编程使T0工作于定时工作方式1，产生500us等宽方波从输出。T1工作于计数工作方式2，其计数外部脉冲由T0产生，即引脚与相连，T1每计数100个，取反输出一次。#includesbitP27=P27;sbitP12=P12;voidmain()TMOD=0X61;/设置定时器T0为方式1定时，T1为计数P27=0;TH0=(65536-250)/256;/给定时器T0装入初值TL0=(65536-250)%256;TH1=TL1=100;/给定时器T1装入初值EA=1;/总中断开ET0=1;/允许T0中断ET1=1;/允许T1中断TR0=1;/开启定时器T0TR1=1;/开启定时器T1while(1);/无限循环等待目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。
